模糊控制实验

中南大学

模糊控制课程实验报告

学生姓名：彭雄威_____________ 指导教师： ________________ m _______ 学院：信息科学与工程学院

学号：114611167 ______________

实验一：

本系统设计基于MATLAB图形模糊推理系统，设计步骤如下：打开MATLAB,输入指令fuzzy,打开模糊逻辑工具箱的图形用户界面窗口，新建一个Mamdani模糊推理系统。

(1) 增加一个输入变量，将输入变量命名为E、Ec,将输出变量命名U。这样就建立了一个两输入单输出的模糊推理系统。如图1.1所示。

图1.1增加一个输入变量

(2) 设计模糊化模块：设计隶属度函数论域范围

图3.2设计水位误差E模块

3.3设计水位误差EC模块

图3.4设计水位输出U模块

（4）模糊控制器的规则设计

le Editor: fuzzf

（5）通过观察器观察规则情况

在菜单view中的rules和surface选项分别对应得是规则观测器和曲而观测器。123 4567891011121314151617181920212223242526272829”

Input: 20】Plot points: ioi Move: [ left 11 rg ] |down] ( up ]

Opened system tuzzf, 49 rules| 5 Close |

图3.7规则观测器

图3.6曲面观测器(6)保存编辑好的FIS文件

实验二

利用MATLAB软件的M文件编辑器和实验一所生成的fuzzf.FIS文件，在M 文件编辑器中输入：a=readfis('fuzzf');

evalfis([?0.5广0.07;-0.5,0;?0.5,0.07; 0,?0.07;0,0;0,0.07;0.5广0.07;0.5,0;0.5,0.07],a)

便可得fuzzf.FIS文件的模糊控制査询表，其中的数据在水位误差E的论域为[? 1 1], 误差变化EC的论域为[.0.1 0.1]内可以任意取值。

a=readfis(' fuzzf')

a =

name:' fuzzf'

type: 'mamdani'

andMethod: 'min'

orMethod: 'max'

defuzzMethod: 'centroid'

impMethod: 'min'

aggMethod: 'max'

input: [1x2 struct]

output: [lxl struct]

rule: [1x5 struct]

a=readfis(' fuzzf'); evalfis([-0.5,-0.07;-0.5,0;-0.5,0.07;0,-0.07;0,0;0,0.07;0.5,-0.07;0.5,0;0.5,0.07],a)

ans =

-0.2000

-0.4444

-0.4667

0.1363

-0.0014

-0.2271

0.4000

0.4412

0.1333

实验三

利用MATLAB软件的M文件编辑器（也可选择C语言）完成模糊控制查询表的计算。

注意：全部工作都由程序实现，不利用FIS文件，不使用Fuzzy I具箱，包括模糊关系矩阵的求取及模糊推理、模糊判决。

表控制量的赋值表

状6 m l *z %*n r

o l *8%%H oo o z .O T Z o z o o o o o o d o O O O O O O

T 9.O T O O O O O o o o o o o z o z o I Z o m o T o o o o o o o o o o rn .o s O T Z O Z .O o o o o o o o o rH o 寸o z o

o J

forjjj=l:13 %偏差率EC的模糊值控制

for ii=l:8 %偏差E的模糊规则控制

forjj=l:7 %偏差变化率EC的模糊规则控制

A_rulelist = rulelist(iijj); % 査模糊规则表

%******计算C1A************* A = E(ii,:); %取友

C_A = U(A_rulelist,:); %取Ci for i=l:13 %求口人

for j=l:13

if(A(i)>C_A(l,j))

Ra(iJ)= C_A(1J); else

Ra(iJ) = A(i);

end

end

end

AA = zeros(l,13); %取AA=A' 如AA=[1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0]; %AA(l,iii)

= E(iijii);

AA(lJii)=l;

for i=l:13 %先取小

forj=l:13

if(AA(j) > Ra(j,i))

A_qux(j,i) = Ra(jJ);

else

A_qux(jJ) = AA(j);

end

end

end

for i=l:13 %再取大…求和CiA

max = A_qux(l,i);

forj=l:13

if(max

end

end

CiA(i) = max;

end

%********CiA 计算完毕********* %*******计算

GB*************B = EC(jj/); %取日 ???

C_B = U(A_rulelist/); %取Ci ??? for i=l:13 %求口日

forj=l:13

Rb(iJ) = C_B(l,j);

else

Rb(Lj) =

end

end

end

BB = zeros(l,13); %取BB=B* 如BB司1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0];

%BB(l,jjj) = EC(jj,jjj);

fori=l:13 % 先取小

forj=l:13

if(BB(j) >Rb(jJ?

B_qux(j,i) = Rb(jJ);

else

B_qux(j,i) = BB{j);

end

end

end

fori=l:13 %再取大，，，求和CiA max = B_qux(lJ);

forj=l:13

if(max

max = B_qux(j,i);

end

end

CiB(i) = max;

end

%****?*?计算CiB，完毕****

%*******计算CT=CiA，交ciB?********

for i=l:13

ifCiA(i) >CiB(i)

Ci(i) = CiB(i);

else

Ci(i)= CiA(i);

end

end

%****?*?计算CT完毕?*?*?*?*****

C((ii-l)*7+jj,:) = Ci; % 将Ci 存到数组C 中，C 是56*13 的数组end

end

%根据式ui=c=cr并CZ并 (3)

for i=l:13

max = C(1J);

for j=l:56

if(max < C(j,i))

max = C(j,i);

end

end

Ui(i) = max;

end

%用重心法进行解模糊运算，并映射为实际的控制量sum_fenz = 0;

sumfenm = 0;

for i=l:13

sumfenz = sumfenz + (i-7)*Ui(i); sum_fenm = sum_fenm + Ui(i);

end

core = sumfenz/sumfenm;

U_control(iiijjj) = core;

end

end

U_control = round(U_controL* 10000)/10000; % 对控制量保留小数点后两位U_control 计算结果：

U control =

实验四

控制系统仿真实验。利用MATLAB的SIMULINK设计一个控制系统，在库中找到所需的各模块，连接各模块，启动仿真，显示输出曲线，观察控制性能，不理想时适当修改有关参数或控制规则，获得满意的控制效果。（对象采用二阶以上）

被控对象模型为：

?+ 55+3

simulink结构图如下:

得到如下曲线:

《模糊控制》实验指导书

《模糊控制》实验指导书李士勇沈毅周荻邱华洲袁丽英 实验名称： 实验地点： 指导教师： 联系电话： Harbin Institute of Technology 2005.3

模糊控制实验指导书 一、 实验目的 利用Matlab 软件实现模糊控制系统仿真实验，了解模糊控制的查询表方法和在线推理方法的基本原理及实现过程，并比较模糊控制和传统PID 控制的性能的差异。 二、 实验要求 设计一个二维模糊控制器分别控制一个一阶被控对象1 1 )(11+=s T s G 和二阶被控对象) 1)(1(1 )(212++= s T s T s G 。先用模糊控制器进行控制，然后改变控制对 象参数的大小，观察模糊控制的鲁棒性。为了进行对比，再设计PID 控制器，同样改变控制对象参数的大小，观察PID 控制的鲁棒性。也可以用其他语言编制模糊控制仿真程序。 三、 实验内容 （一）查询表式模糊控制器实验设计 查询表法是模糊控制中的最基本的方法，用这种方法实现模糊控制决策过程最终转化为一个根据模糊控制系统的误差和误差变化（模糊量）来查询控制量（模糊量）的方法。本实验利用了Matlab 仿真模块——直接查询表（Direct look-up table ）模块（在Simulink 下的Functions and Tables 模块下去查找），将模糊控制表中的数据输入给 Direct look-up table ，如图1所示。设定采样时间（例如选用0.01s ），在仿真中，通过逐步调整误差量化因子Ke ，误差变化的量化因子Kec 以及控制量比例因子Ku 的大小，来提高和改善模糊控制器的性能。

模糊控制详细讲解实例

一、速度控制算法： 首先定义速度偏差-50 km/h ≤e （k ）≤50km/h ，-20≤ec （i ）= e （k ）- e （k-1）≤20，阀值e swith =10km/h 设计思想：油门控制采用增量式PID 控制算法,刹车控制采用模糊控制算法，最后通过选择规则进行选择控制量输入。 选择规则： e （k ）<0 ① e （k ）>- e swith and throttlr_1≠0 选择油门控制 ② 否则：先将油门控制量置0，再选择刹车控制 0

双容水箱实验报告(采用PID+模糊控制)

目录 摘要2 一．PID控制原理、优越性，对系统性能的改善3 二．被控对象的分析与建模6 三．PID参数整定方法概述8 3.1 PID控制器中比例、积分和微分项对系统性能影响分析8 3.1.1 比例作用8 3.1.2 积分作用8 3.1.3 微分作用9 3.2 PID参数的整定方法10 3.3 临界比例度法12 3.4 PID参数的确定15 四．控制结构16 4.1 利用根轨迹校正系统16 4.2 利用伯德图校正系统18 4.3 调整系统控制量的模糊PID控制方法20 4.3.1模糊控制部分20 4.3.2 PID控制部分23 五．控制器的设计24 六.仿真结果与分析25 七.结束语27 参考文献28

针对双容水箱大滞后系统，采用PID方法去控制。首先对PID控制中各参数的作用进行分析，采用根轨迹校正、伯德图校正的方法，对系统进行校正。最后采用调整系统控制量的模糊PID控制的方法，对该二阶系统进行控制。同时，在MATLAB下，利用Fuzzy工具箱和Simulink仿真工具，对系统的稳定性、反应速度等各指标进行分析。 关键字：双容水箱，大滞后系统，模糊控制，PID，二阶系统，MATLAB ，Simulink

For T wo-capacity water tankbig lag system，using PID to control this system. First, to analyze the effectofeach parameter of PID. And the root-locus technique and bode diagram is adopted to design the correcting Unit.Then, fuzzy PID control method was used to adjust this second-order system.And a simulation model of this system is built with MATLAB Fuzzy and SIMULINK,with it analyzing the system stability ,reaction velocity and other indexs. Keywords:two-capacity water tank,big lag system,fuzzy control,PID,second-order system 一．PID控制原理、优越性，对系统性能的改善

在线推理法模糊控制器实验报告

在线推理式模糊逻辑控制器设计实验报告 学院：电力学院 专业：自动化 学号： 姓名： 时间：2013年11月16日

一、实验目的 利用Matlab软件实现模糊控制系统仿真实验，了解模糊控制的在线推理方法的基本原理及实现过程。 二、实验要求 以matlab模糊工具箱中提供的一个水位模糊控制系统仿真的实例，定义语言变量的语言值，设置隶属度函数，根据提供的规则建立模糊逻辑控制器。最后启动仿真，观察水位变化曲线。 三、实验步骤 叙述在线推理模糊控制的仿真的主要步骤。 1）在matlab命令窗口输入：sltank，打开水位控制系统的simulink仿真模型图，如图； 2）在matlab的命令窗口中，输入指令：fuzzy，便打开了模糊推理系统编辑器（FIS Editor），如图；

3）利用FIS Editor编辑器的Edit/Add variable/input菜单，添加一条输入语言变量，并将两个输入语言和一个输出语言变量的名称分别定义为：level；rate；valve。其中，level代表水位（三个语言值：低，高，正好），rate代表变化率（三个语言值：正，不变，负），valve代表阀门（五个语言变量：不变，迅速打开，迅速关闭，缓慢打开，缓慢关闭）； 4）①利用FIS Editor编辑器的Edit/membership function菜单，打开隶属度函数编辑器，如下图，将输入语言变量level的取值范围（range）和显示范围（display range）设置为[-1，1]，隶属度函数类型（type）设置为高斯型函数（gaussmf），而所包含的三条曲线的名称（name）和参数（parameters）（[宽度中心点]）分别设置为：high,[0.3 -1];okay [0.3 0];low [0.3 1]。其中high 、okay、low分别代表水位高、正好、低； ②将输入语言变量rate的取值范围（range）和显示范围（display range） 设置为[-0.1，0.1]，隶属度函数类型（type）设置为高斯型函数（gaussmf），而 所包含的三条曲线的名称（name）和参数（parameters）（[宽度中心点]）分

温度模糊控制实验

温度模糊控制实验（选学） 一、实验目的 1．认识Labview 虚拟仪器在测控电路的应用； 2．通过实验，改变P 的参数，观察对整个温度测控系统的影响； 3．进一步认识固态继电器和温度变送器，了解其工作原理； 4．了解什么是模糊控制理论。 二、预习要点 1．了解模糊控制理论的由来及应用； 2．Labview 虚拟仪器图形软件（本实验指导书附录中对使用环境详细介绍）。 三、实验原理 温度还是通过固态继电器的导通关断来实现加热过程的，控制周期即是一个 加热和冷却周期，PID 调节的实现也是通过这个周期实现的，在远离温度预设值 的时固态继电器在温度控制周期中持续加热（假设导通时间是T），在接近温度 预设值时通过PID 得到的值来控制这一周期内固态继电器的开关时间（假设导通 时间是1/2T）维持温度（假设导通时间是1/4T）。 本实验暂时用的是模糊控制原理中的的比例控制钟摆无限接近的控制理论， 所以温度预设值不能超过（最大温度+实验开始前温度）/2，例如实验开始前温度为25 度，最大为100 度，那么预设最大为62.5 度，当然这样可能几天温度才能被控制好，所以建议温度不超过实验开始温度5 度，同时我们在将来的升级中 会用更好的模糊理论代替现有的较差的控制理论，这里还要指出好的模糊控制理 论在一定程度上比好的PID 控制还要稳定，做的好的模糊控制是经验与理论的最 完美结合。 四、实验项目 用模糊PID 控制水箱温度。 五、实验仪器 ZCK-II 型智能化测控系统。

六、实验步骤及操作说明 1．打开仪器面板上的总电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 2．打开仪器面板上的液位电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 3，确保贮水箱内有足够的水，参照图2（图见第三章）中阀门位置设置阀门开关，将阀门1、3、5、6 打开，阀门2、4 关闭； 4．参看变频器操作说明书将其设置在手动操作挡； 5．单击控制器RUN 按钮，向加热水箱注水，直到水位接近加热水箱顶部，完全 淹没加热器后单击STOP 按钮结束注水； 6．关闭仪器面板上的液位电源开关，红色指示灯亮起表示系统关闭； 7．打开仪器面板上的加热电源开关，绿色指示灯亮起表示系统正常； 8．打开计算机，启动ZCK-II 型智能化测控系统主程序； 12 9．用鼠标单击温度控制动画图形进入温度控制系统主界面，小组实验无须在个人信息输入框填写身份，直接确定即可； 10．在温度系统控制主界面中，单击采集卡测试图标，进入数据采集卡测试程序。 一切设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察温度和电压的变化，也可以单 击冷却中左边的开关按钮进入加热程序，观察温度上升曲线及电流表和电压表变 化，确认传感器正常工作后点击程序结束，等待返回主界面图标出现即可返回温 度控制主界面进入下一步实验。 11．在温度系统控制主界面中，单击传感器标定图标，进入传感器标定程序。本 程序界面基本和数据采集卡测试程序界面基本相同，操作请参照步骤10 进行，一切设置确认无误后即可单击启动程序图标，观察温度和电压的变化，同时用温 度计测量加热箱内水温，并用传感器标定控制图标完成精确标定。标定完成后加 热水箱到30 摄氏左右时程序结束，等待返回主界面图标出现即可返回温度控制主界面进入下一步实验； 12．在温度系统控制主界面中，单击模糊PID 系统图标，进入模糊PID 温度控制系统程序。点击控制参数图标，进入控制参数设定界面，按照参数表4 中的小 组1 给定的预设参数填写。确定返回后点击采集参数图标按照参数表4 中的小组

实验一--模糊控制器的MATLAB仿真

实验一 模糊控制器的MATLAB 仿真 一、实验目的 本实验要求利用MATLAB/SIMULINK 与FUZZYTOOLBOX 对给定的二阶动态系统，确定模糊控制器的结构，输入和输出语言变量、语言值及隶属函数，模糊控制规则；比较其与常规控制器的控制效果；研究改变模糊控制器参数时，系统响应的变化情况；掌握用 MATLAB 实现模糊控制系统仿真的方法。 实验时数：3学时。 二、实验设备：计算机系统、Matlab 仿真软件 三、实验原理 模糊控制器它包含有模糊化接口、规则库、模糊推理、清晰化接口等部分，输人变量是过程实测变量与系统设定值之差值。输出变量是系统的实时控制修正变量。模糊控制的核心部分是包含语言规则的规则库和模糊推理。模糊推理就是一种模糊变换，它将输入变量模糊集变换为输出变量的模糊集，实现论域的转换。工程上为了便于微机实现，通常采用“或”运算处理这种较为简单的推理方法。Mamdani 推理方法是一种广泛采用的方法。它包含三个过程：隶属度聚集、规则激活和输出总合。模糊控制器的体系结构如图1所示。 图1 模糊控制器的体系结构 四、实验步骤 （1）对循环流化床锅炉床温，对象模型为 ()()1140130120 ++s s 采用simulink 图库，实现常规PID 和模糊自整定PID 。 （2）确定模糊语言变量及其论域：模糊自整定PID 为2输入3输出的模糊控制器。该模糊控制器是以|e|和|ec|为输入语言变量，Kp 、Ki 、Kd 为输出语言变量，其各语言变量的论域如下：

误差绝对值：e={0，3，6，10}； 误差变化率绝对值：ec={0，2，4，6}； 输出Kp：Up={0，0.5，1.0，1.5}； 输出Ki：Ui={0，0.002，0.004，0.006}； 输出Kd：Ud={0，3，6，9}。 （3）语言变量值域的选取：输入语言变量|e|和|ec|的值域取值“大”(B)、“中”(M)、“小”(s)和“零”(Z) 4种；输出语言变量Kp、Ki、Kd的值域取值为“很大”(VB)、“大”(B)、“中”(M)、“小”(s) 4种。 （4）规则的制定：根据PID参数整定原则及运行经验，可列出输出变量Kp、Ki、Kd 的控制规则表。 （5）推理方法的确定 隐含采用“mamdani”方法：max-min； 推理方法，即“min”方法； 去模糊方法：面积中心法； 选择隶属函数的形式：三角型。

选取一个模糊控制的实例讲解

选取一个模糊控制的实例讲解，有文章，有仿真，有详细的推导过程。 一．实验题目：基于模糊控制系统的单级倒立摆 二．实验目的与要求： 倒立摆是联结在小车上的杆，通过小车的运动能保持竖立不倒的一种装置，它是一个典型的非线性、快速、多变量和自然不稳定系统，但是我们可以通过对它施加一定的控制使其稳定。对它的研究在理论上和方法上都有其重要意义。倒立摆的研究不仅要追求增加摆的级数，而且更重要的是如何发展现有的控制方法。同时, 它和火箭的姿态控制以及步行机器 人的稳定控制有很多相似之处，由此研究产生的理论和方法对一般工业过程也有广泛用途。 本文研究了倒立摆的控制机理，用Lagrange 方法推导了一级倒立摆的数学模型，这为研究多级和其它类型的倒立摆甚至更高层次的控制策略奠定了一个良好的基础。对系统进行了稳定性、可控性分析，得出倒立摆系统是一个开环不稳定但可控的系统的结论。 本文主要研究用极点配置、最优控制和模糊控制方法对倒立摆进行稳定控制。最优控制方法是基于状态反馈，但能实现输出指标最优的一种控制方法，方法和参数调节较简单，有着广泛的应用。模糊控制有不依赖于数学模型、适用于非线性系统等优点，所以本文尝试了用模糊控制对倒立摆进行控制，以将先进的控制方法用于实际中。 同时，对倒立摆系统的研究也将遵循从建模到仿真到实控，软硬件结合的系统的控制流程。在这过程中，借助数学工具Matlab7及仿真软件Simulink，作了大量的仿真研究工作，仿真结果表明系统能跟踪输入，并具有较好的抗干扰性。最后对实验室的倒立摆装置进行了软、硬件的调试，获得了较好的控制效果。 三．实验步骤： 1.一级倒立摆系统模型的建立 在忽略了空气阻力、各种摩擦之后（这也是为了保证Lagrange 方程的建立），可 将一级倒立摆系统抽象为由小车和匀质杆组成的系统，本系统设定如下： 小车质量M；摆杆质量m，长为l；小车在x 轴上移动；摆与竖直方向夹角为θ，规定正方向如图所示；加在小车x 轴上的力为F；

模糊控制系统建模与仿真分析

题目：模糊控制系统建模与仿真分析 一、实验目的 1、熟悉Matlab软件的基本操作方法 2、掌握用matlab/Fuzzy logic toolbox进行模糊控制系统建模仿真的基本方法。 3、熟悉模糊控制系统设计的基本方法 二、实验学时：4学时 三、实验原理 MATLAB R2008提供了建立模糊逻辑推理系统的仿真工具箱——Fuzzy Logic Toolbox，版本为Fuzzy Logic Toolbox2.2.7。建立模糊逻辑推理系统有两种基本方法，第一种方法是借助模糊推理系统编辑器（Fuzzy Logic Editor）的图形界面工具建立模糊逻辑推理系统，第二种方法是利用命令建立模糊逻辑推理系统。第一种方法使用简单、建模方便，适合于初学模糊逻辑控制系统建模与仿真的读者。第二种方法稍难一些，但对深入了解模糊逻辑推理系统的MATLAB仿真知识大有帮助。下面分别讲述两种方法，读者可自行选择阅读。 1模糊逻辑工具箱图形界面工具 模糊逻辑工具箱图形工具是为了方便用户建立模糊推理系统而推出的图形化设计工具，在这里可快速方便的建立模糊推理系统并观测模糊规则、推理输出等。模糊逻辑推理图形工具主要包括：基本模糊推理系统编辑器（fuzzy）、隶属函数编辑器（mfedit）、模糊规则编辑器（ruleedit）、模糊规则观测器（ruleview）、模糊推理输入输出曲面观测器（surfview）。下面分别介绍它们的基本使用方法。 1.1基本模糊推理系统编辑器 在Command Windows输入“fuzzy”命令，弹出如下图 1所示的“FIS Editor”（模糊推理系统编辑器）窗口。在这里可以对包括输入、输出模糊语言变量的名称、模糊推理系统的类型和名称、模糊逻辑推理的各种运算（与、或、蕴含、规则合成、解模糊化）等高层属性进行编辑。同时,还可以打开模糊推理系统的隶属函数编辑器（mfedit）、模糊规则编辑器（ruleedit）、模糊规则观测器（ruleview）、模糊推理输入输出曲面观测器（surfview）。

模糊实验报告洪帅

控制理论与控制工程 《智能控制基础》 课程实验报告 专业：控制理论和控制工程 班级：双控研2016 姓名：洪帅 任课教师：马兆敏 2016年12 月4 日

第一部分：模糊控制 实验一模糊控制的理论基础实验 实验目的： 1 练习matlab中隶属函数程序的编写，同时学习matlab数据的表达、格式、文件格式、存盘 2 学习matlab中提供的典型隶属函数及参数改变对隶属度曲线的影响 3 模糊矩阵合成仿真程序的学习 4 模糊推理仿真程序 实验内容 （1）要求自己编程求非常老，很老，比较老，有点老的隶属度函数。 1隶属函数编程 试验结果如图1-1 图1-1隶属度函数曲线 （2）完成思考题P80 2-2 写出W及V两个模糊集的隶属函数，并绘出四个仿真后的曲线。 仿真曲线见图1-2，

图1-2隶属度函数曲线 2 典型隶属函数仿真程序 学习下列仿真程序，改变各函数中的参数，观察曲线的变化，并总结各种隶属函数中其参数变化是如何影响曲线形状变换的。 M=1 M=3 M=3 M=4

M=5 M=6 图1-3 M在1、2、3、4、5、6时的图形 2 模糊矩阵合成仿真程序：学习P31例2-10，仿真程序如下， （1）完成思考题P81 2-5，并对比手算结果。完成思考题P81 2-4，并对比手算结果。 （2）2-5： (1)Matlab结果如下 ① ② ③ P81 2-5手算结果：

P=? ? ? ? ? ? 7.0 2.0 9.0 6.0 Q=? ? ? ? ? ? 4.0 1.0 7.0 5.0 R=? ? ? ? ? ? 7.0 7.0 3.0 2.0 S=? ? ? ? ? ? 5.0 6.0 2.0 1.0 (P Q) R=? ? ? ? ? ? 4.0 4.0 6.0 6.0 (PUQ) S=? ? ? ? ? ? 5.0 6.0 5.0 6.0 (P S)U(Q S)=? ? ? ? ? ? 5.0 6.0 5.0 6.0 总结：手算结果和MATLAB运行结果一致。 (2) （2）思考题P81 2-4 Matlab运行结果如下： P81 2-4题手算结果如下： () 30 20 10 4.0 1 10 4.0 20 30 + + + + - + - + - = e ZE μ () 30 20 3.0 10 1 3.0 10 20 30 + + + + - + - + - = e PS μ ()() 30 20 10 4.0 3.0 10 20 30 + + + + - + - + - = ?e e PS ZE μ μ ()() 30 20 3.0 10 1 1 10 4.0 20 30 + + + + - + - + - = ?e e PS ZE μ μ 总结：手算结果和MATLAB运行结果一致。 4 模糊推理仿真程序：学习P47 例2-16，仿真程序如下。（1）完成思考题2-9，并对比手算结果。 Matlab结果如下

实验3模糊工具箱模糊推理

实用文档 实验三 模糊工具箱的模糊洗衣机推理系统设计 一、 实验目的 1、掌握Matlab 模糊工具箱的应用。 2、掌握模糊集合的基本运算。 3、能够使用Simulink 工具箱设计模糊控制系统。 二、 实验设备 1、PC 机 2、Matlab 软件 三、 实验容 使用MATLAB 模糊工具箱设计一个洗衣机模糊控制： 1）模糊控制器的结构 选用单变量二维模糊控制器。控制器的输入为衣物的污泥和油脂，输出为洗涤时间。 2）定义输入输出模糊集 将污泥(WN)分为三个模糊集：SD （污泥少），MD （污泥中），LD （污泥多），取值围为[0，100]。 选用如下隶属函数： ?? ?? ? ??≤<-=?? ?≤<-≤≤=≤≤-==100 5050/)50()(1005050/)100(50050/)(50050 /)50()(污泥 x x x x x x x x x x x LD MD SD μμμμ 将油脂(YZ)分为三个模糊集：NG （无油脂），MG （油脂中），LG （油脂多），取值围为[0，100]。选用如下隶属函数：

?? ?? ? ??≤≤-=?? ?≤<-≤≤=≤≤-==100 5050/)50()(1005050/)100(50050/)(50050/)50()(油脂 y y y y y y y y y y y LG MG NG μμμμ 将洗涤时间(XDSJ)分为三个模糊集：VS （很短），S （短），M （中等），L （长），VL （很长），取值围为[0，60]。选用如下隶属函数： ? ???? ??? ??? ??≤≤-=???≤<-≤≤-=?? ?≤<-≤≤-=???≤<-≤≤=≤≤-==60 4020 /)40()(604020/)60(402515/)25()(402515/)40(251015/)10()(251015/)25(10010 /)(10010 /)10()(洗涤时间 z z z z z z z z z z z z z x z z z z z z z VL L M S VS μμμμμμ 4）建立模糊控制规则 根据人的操作经验设计模糊规则，模糊规则设计的标准为：“污泥越多，油脂越多，洗涤时间越长”；“污泥适中，油脂适中，洗涤时间适中”；“污泥越少，油脂越少，洗涤时间越短”。 5）建立模糊控制表 根据模糊规则的设计标准，建立模糊规则表 四、 实验步骤 第一步：打开模糊推理系统编辑器

模糊控制的应用实例与分析

模糊控制的应用 学院实验学院 专业电子信息工程 姓名 指导教师 日期 2011 年 9 月 20 日

在自动控制中，包括经典理论和现代控制理论中有一个共同的特点，即控制器的综合设计都要建立在被控对象准确的数学模型(如微分方程等)的基础上，但是在实际工业生产中，很多系统的影响因素很多，十分复杂。建立精确的数学模型特别困难，甚至是不可能的。这种情况下，模糊控制的诞生就显得意义重大，模糊控制不用建立数学模型，根据实际系统的输入输出的结果数据，参考现场操作人员的运行经验，就可对系统进行实时控制。模糊控制实际上是一种非线性控制，从属于智能控制的范畴。现代控制系统中的的控制能方便地解决工业领域常见的非线性、时变、在滞后、强耦合、变结构、结束条件苛刻等复杂问题。可编程控制器以其高可靠性、编程方便、耐恶劣环境、功能强大等特性很好地解决了工业控制领域普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，这两者的结合，可在实际工程中广泛应用。 所谓模糊控制，其定义是是以模糊数学作为理论基础，以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为控制算法的一种控制。模糊控制具有以下突出特点： (1)模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现 场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用 (2)由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对 那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。 (3)基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易 导致较大差异；但一个系统语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。 (4)模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控 制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。(5)模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱， 尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。 由于有着诸多优点，模糊理论在控制领域得到了广泛应用。下面我们就以下示例介绍模糊控制在实际中的应用： 电机调速控制系统见图1，模糊控制器的输入变量为实际转速与转速给定值 ，输出变量为电机的电压变化量u。图2为电机调试之间的差值e及其变化率e c 输出结果，其横坐标为时间轴，纵坐标为转速。当设定转速为2 000r／s时，电机能很快稳定运行于2 000r／s；当设定转速下降到1 000r／s时，转速又很快下降到1 000r／s稳定运行。 图1

模糊控制系统仿真实验

华侨大学厦门工学院《智能控制技术》 实验报告 专业：电气工程及其自动化 班级： 时间：年月日～年月日 ―――――――以下指导教师填写――――― 分项成绩：出勤设计报告 总成绩： 指导教师： 目录

摘要 (1) 一、设计的目的 (2) 二、设计要求 (2) 三、设计过程 (3) 1.系统模型建立 (3) 2.模糊控制器设计 (3) 2.1 模糊集合及论域的定义 (3) 2.2模糊控制规则设计 (6) 2.3系统的参数选择 (7) 2.4仿真结果 (7) 四、设计分析 (9) 1.改变模糊控制隶属度函数对控制效果的影响 (9) 2.给系统模型加扰动对控制效果的影响 (12) 3.改变系统的参数对控制效果的影响 (13) 五、模糊控制的优点 (15) 六、总结 (15) 致谢 (16) 参考文献 (16)

摘要 模糊控制的研究主要体现在控制器的研究和开发以及各类实际应用中, 目前模糊控制已经应用在各个行业。各类模糊控制器也非常多, 模糊控制器的研究一直是控制界研究的热点问题, 而关于模糊控制系统的稳定性分析则是模糊控制需要研究和解决的基本问题。目前已经出现了为实现模糊控制功能的各种集成电路芯片。用MATLAB软件实现模糊控制系统的仿真结果，仿真结果表明MATLAB软件不但简单实用，而且响应速度快，超调量小，控制效果良好。 关键词：模糊控制仿真 MATLAB

设计目标说明 一、设计的目的： 1. 通过本次设计，进一步了解模糊控制的基本原理、模糊模型的建立和模糊控制器的设计过程。 2. 提高学生有关控制系统的程序设计能力。 3. 熟悉Matlab 语言以及在智能控制设计中的应用。 二、设计要求： 图1 模糊控制系统Simulink 仿真模型图 1、用Matlab 中的Simulink 工具箱，组成一个模糊控制系统。任意带模糊控制器的系统均可，例如一简单二阶加纯滞后系统（图1 所示）为，传递函数12()(1)(1) d s f f Ke G s T s T s τ-=++。其 中各参数分别为1240,10,60,2f f d K T T τ====。 2、采用模糊控制算法，设计出能跟踪给定输入的模糊控制器，对被控系统进行仿真，绘制出系统的阶跃响应曲线。 3、改变模糊控制器中模糊变量的隶属度函数，分析隶属度函数和模糊控制规则对模糊控制效果的影响。比较那种情况下的控制效果较好。 4、给系统加上扰动，观察此时的阶跃响应曲线，看系统是否仍然稳定，并与无扰动情况下的阶跃响应曲线进行比较。并比较模糊控制和PID 控制的鲁棒性。 5、改变系统的参数，了解模糊控制在系统参数发生变化时的控制效果。并与PID 控制器作用下系统参数发生变化时的控制效果进行比较，思考模糊控制相对于传统控制的优点。

一级直线倒立摆系统模糊控制器设计---实验指导书

一级直线倒立摆系统模糊控制器设计 实验指导书

目录 1 实验要求 (3) 1.1 实验准备 (3) 1.2 评分规则 (3) 1.3 实验报告内容 (3) 1.4 安全注意事项 (3) 2 倒立摆实验平台介绍 (4) 2.1 硬件组成 (4) 2.2 软件结构 (4) 3 倒立摆数学建模（预习内容） (6) 4 模糊控制实验 (8) 4.1 模糊控制器设计（预习内容） (8) 4.2 模糊控制器仿真 (12) 4.3 模糊控制器实时控制实验 (12) 5 附录：控制理论中常用的MATLAB 函数 (13) 6 参考文献............ .. (14)

1 实验要求 1.1 实验准备 实验准备是顺利完成实验内容的必要条件。实验准备的主要内容包括如下的几个方面：（1）复习实验所涉及的MATLAB 软件和模糊控制理论知识； （2）熟悉实验的内容和步骤； （3）根据实验要求，作必要的理论分析与推导。 1.2 评分规则 实验满分为100 分，其中实验考勤及实验态度占15% ，实验预习占25% ，实验报告占60% （其中技术内容占50% ，报告书写占10% ）。 （1）实验考勤与实验态度 实验考勤和实验态度主要针对课内的学时进行考核。 （2）实验预习报告 实验预习内容分为两大部分，即倒立摆数学建模和模糊控制的预习内容。 （3）实验报告的技术内容 实验报告的技术内容主要包括实验数据的记录与分析和实验思考题的解答。 （4）实验报告书写 实验报告书写水平主要考虑文字表达水平（要求层次分明、表述清晰、简洁明了）和规范程度（如图是否有坐标、单位和标题、公式书写及编号是否规范等）。实验报告的书写不仅体现了作者的文字功底，而且反映了作者的治学态度。 提示1：报告正文原则上不超过10 页。 提示2：一旦发现抄袭行为，抄袭者和被抄袭者均按作弊处理。 1.3 实验报告内容 实验报告包含以下的内容。可根据实验的具体情况和要求进行适当调整。 （1）理论分析的主要步骤； （2）仿真和硬件实物调试结果及分析（包括Matlab 程序或仿真模型，实物调试框图）； （3）回答思考题； （4）总结实验心得及对实验的意见或建议。 1.4 安全注意事项 （1）实验之前一定要做好预习。 （2）为了避免设备失控时造成人身伤害，操作时人员应该与设备保持安全距离，不要站在摆的两端。 （3）实验前，确保倒立摆放置平稳；要检查摆杆的可能摆动范围，确保不会发生碰撞。 （4）如果发生异常，马上关闭电控箱电源。 （5）系统运行时禁止将手或身体的其他部位伸入小车运行轨道之间。 2 倒立摆实验平台介绍 倒立摆是一个典型的不稳定系统，同时又具有多变量、非线性、强耦合的特性，是自动控制理论中的典型被控对象。它深刻揭示了自然界一种基本规律，即一个自然不稳定的被控对象，运用控制手段可使之具有一定的稳定性和良好的性能。许多抽象的控制概念如控制系

模糊控制仿真

智能控制实验报告模糊控制器的仿真

一．实验目的 1.了解模糊控制的原理 2.学习Matlab模糊逻辑工具箱的使用 3.使用工具箱进行模糊控制器的仿真 二．实验设备 1.计算机 2.Matlab软件 3.window 7操作系统 三．实验原理 模糊逻辑控制又称模糊控制，是以模糊集合论，模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一类计算机控制策略，模糊控制是一种非线性控制。图1-1是模糊控制系统基本结构，由图可知模糊控制器由模糊化，知识库，模糊推理和清晰化（或去模糊化）四个功能模块组成。 针对模糊控制器每个输入，输出,各自定义一个语言变量。因为对控制输出的判断，往往不仅根据误差的变化，而且还根据误差的变化率来进行综合评判。所以在模糊控制器的设计中，通常取系统的误差值e和误差变化率ec为模糊控制器的两个输入，则在e的论域上定义语言变量“误差E”，在ec的论域上定义语言变量“误差变化EC”；在控制量u的论域上定义语言变量“控制量U”。 通过检测获取被控制量的精确值，然后将此量与给定值比较得到误差信号e，对误差取微分得到误差变化率ec，再经过模糊化处理把分明集输入量转换为模糊集输入量，模糊输入变量根据预先设定的模糊规则，通过模糊逻辑推理获得模糊控制输出量，该模糊输出变量再经过去模糊化处理转换为分明集控制输出量。 四．实验步骤 1、在MATLAB主窗口中单击工具栏中的Simulink快捷图标，弹出“Simulink Library Browser”窗口，单击Create a new model快捷图标，弹出模拟编辑窗口，用Matlab中的Simulink 工具箱，组成一个模糊控制系统，如图所示： 2、在MATLAB命令窗口输入fuzzy，并按回车键，弹出如下的FIS Editer界面，即模糊推理系统编辑器。

模糊控制器汇总

实验二模糊控制实验 实验目的matlab中的模糊工具箱的使用及模糊控制器的应用 1）用fuzzy工具箱计算P82 2-14，要求求出控制器输出。 2）用FUZZY工具箱完成洗衣机模糊控制器设计要求求出控制器输出。完成模糊控制决策表。 一、用fuzzy工具箱计算P82 2-14，并与手算结果对比。 实验结果如图1-1所示， 图1-1题目2-14的实验结果 二、用FUZZY工具箱完成洗衣机模糊控制器设计。 （1）题目分析：洗衣时间长短实际与衣物的脏污程度有关，太脏了就洗久点，不脏就可以洗快点。 人类的操作经验是由模糊的自然语言描述的，在洗衣机的调节中，人类的操作经验是： （1）“如果污泥越多，且油脂越多，洗涤时间就越长；” （2）“如果污泥适中，且油脂适中，洗涤时间就适中；” （3）“如果污泥越少，且油脂越少，洗涤时间就越短；” 通过分析可以知道这实际是一个开环的控制决策过程： 输入是污泥度x与油污度y，输出是洗涤时间z。在该规则中对这些量进行衡量的是一些模糊词语，“多”、“少”、“长”、“短”。

（2）定义输入、输出模糊集 将污泥x 分为3个模糊集：{SD （污泥少），MD （污泥中），LD （污泥多）} 论域：{0，50，100} 将油脂分为3个模糊集：{NG （油脂少），MG （油脂中），LG （油脂多）} 论域：{0，50，100} 输出模糊集： 将洗涤时间分为5个模糊集：{VS （很短），S （短），M （中等），L （长），VL （很长）}。 论域：{0，10，25，40，60} 单位s 例如： （3）建立模糊控制器 求：假设当前传感器测得信息为：x0（污泥）=90，y0（油脂）=90 观察控制器的输出。 (4)建立控制决策表 x0=10，20,30,40,50,60，70,80,90，y0=10，20,30,40,50,60，70,80,90，分别取值时，控制器的输出。 (5)改变输入输出变量的模糊值、隶属度函数的曲线、解模糊的方法等，观察控制器三维图以及控制器输出， Maltlab 提供5种反模糊化方法： 1.centroid ：面积重心法； 2.bisector ：面积等分法； 3.mom ：最大隶属度平均法； 4.som ：最大隶属度取小法； 5.lom ：最大隶属度取大法 三、按照上述要求完成洗衣机模糊控制器设计。 1.下图1-2为洗衣机输入为[90 90]时的输出结果 x D e g r e e o f m e m b e r s h i p z D e g r e e o f m e m b e r s h i p

《模糊控制》课程实验报告

《模糊控制》课程实验报告 学院：____________________ 专业：____________________ 班级：____________________ 学号：____________________ 姓名：____________________ 同组：____________________ 成绩：____________________ 指导教师：________________ 提交日期：________________ 批改日期：________________ 存档日期：________________

Harbin Institute of Technology 2005.1 一、实验目的 利用Matlab软件实现模糊控制系统仿真实验，了解模糊控制的查询表方法和在线推理方法的基本原理及实现过程，并比较模糊控制和传统PID控制的性能，得出结论。 二、实验要求 设计一个二维模糊控制器分别控制一个一阶被控对象和二阶被控对象。先用模糊控制器进行控制，然后改变控制对象参数的大小，观察模糊控制的鲁棒性。为了进行对比，再设计PID控制器，同样改变控制对象参数的大小，观察PID 控制的鲁棒性。 三、实验步骤 叙述查询表式模糊控制系统仿真及在线推理模糊控制的仿真的主要步骤。 四、实验内容 (一)查询表式模糊控制系统仿真实验 1 1、一阶对象G i(s) 米用查询表式方法进行仿真实验，自己选定Ke， T i s + 1 Ku，Kec的值，通过仿真实验观察它们各自对控制性能的影响。从而确定一组较 好的参数值并填入表中。然后按下表中给出的数值调整对象参数并观察输出响应曲线，将实验结果填入下表。 控制参数：Ke = Ku = Kec=

《智能控制》-模糊控制实验报告

课程名称：智能控制 实验名称：模糊控制 一、实验目的： （1）了解在Simulink 仿真环境下建立控制系统方框图的方法，熟悉Matlab 和Simulink 仿真环境 （2）掌握模糊控制器的设计方法。 （3）比较PID 控制和模糊控制的特点。 二、实验内容和步骤 已知s e s s s G 2.02 1 4820)(-++= ，分别设计PID 控制与模糊控制，使系统达到较好性能，并比较两种方法的结果。结构如下图。 （1）模糊控制规则设计 针对该定位系统，设计二维模糊控制规则，使性能达到最佳。模糊控制规则如下：

（2）设计未加PID或FUZZY控制器时，设计系统如下： 输入阶跃信号，观测与分析仿真结果。 （3）加入PID控制器如下： 对应的仿真结构图为： 调整参数，观测与分析仿真结果。PID控制的仿真曲线如下：

（4）设计FUZZY控制器 在simulink仿真环境下，设计模糊控制系统，包括模糊控制规则、隶属函数、比例因子、量化因子、论域等参数设计。 FUZZY控制仿真结构图如下： 其中黄色部分具体为： 利用simulink设计的模糊控制的仿真结构图为：

其中对于模糊控制器的设计： E=[-6 6] EC=[-6 6] U=[-6 6]，并且其隶属函数分别为： E的隶属函数 EC的隶属函数

U的隶属函数 再将其中一个学生的比较好的实验结果作为参考实例： 首先仿真图如下： 模糊控制器的设计： E=[-6 6] EC=[-6 6] U=[-6 6]，并且其隶属函数分别为： E和EC的隶属函数 U的隶属函数 控制规则：

设计好模糊控制器后，运行仿真图形，得到的仿真曲线如下（step time＝1）： 模糊控制的仿真曲线 由仿真可知，通过选择合适的PID参数可以达到较好的控制性能。但是，由于PID控制是建立在已知精确的系统模型基础上的，所以当系统模型存在较大的不确定性时，PID的控制性能就会大大降低，甚至造成系统发散，而模糊控制则受系统模型影响较小。由图可知，在此设计的模糊控制器的控制性能不是很好（没有PID的控制性能好），稳态时存在一定幅度的振荡。这可能是由于量化因子、比例因子及模糊规则的选择不是很恰当所造成的。但在此情况下，模糊控制器受系统模型的精确度影响已经很小，改变系统模型时，仍能够保证系统稳定。 仿真结果显示，两种控制方式下，系统的超调时间，超调量和稳态误差均较小，可见PID控制器和FUZZY控制器都能很好改善系统性能。但是，可以验证：PID对对象参数变化敏感，对模型结构基本没有适应能力，而FC对被控对象参数适应能力强，且在模型结构有较大改变时，也能有很好的控制效果。 五、本实验的难点和知识点

模糊控制设计例题

3-4 已知某一加炉炉温控制系统，要求温度保持在600℃恒定。目前此系统采用人工控制方式，并有以下控制经验 （1） 若炉温低于600℃，则升压；低得越多升压越高。 （2） 若炉温高于600℃，则降压；高得越多降压越低。 （3） 若炉温等于600℃，则保持电压不变。 设模糊控制器为一维控制器，输入语言变量为误差，输出为控制电压。两个变量的量化等级为七级、取五个语言值。隶属度函数根据确定的原则任意确定。试按常规模糊逻辑控制器的设计方法设计出模糊逻辑控制表。 模糊控制器选用的系统的实际温度T 与温度给定值T d 的误差d e T T =-作为输入语言变量，把控制加热装置的供电电压u 选作输出语言变量。

模糊输出量隶属度函数 控制规则 规则1、如果误差e 是NB ，则控制U 为NB; 规则2、如果误差e 是NS ，则控制U 为NS; 规则3、如果误差e 是ZE ，则控制U 为ZE; 规则4、如果误差e 是PS ，则控制U 为PS; 规则5、如果误差e 是PB ，则控制U 为PB; 由上可得 (3)0.4 PS μ= 10.4U PS = (3)1PB μ= 21 U PB = 120.4 1 U U U PS PB =+=+ 控制输出：00.4500.435150 46.66670.40.41 v ?+?+?==++ 误差(2)1PS μ= 11U PS =(2)0.3PS μ= 20.3 U PB =

120.3 1 U U U PS PB =+=+ 精确化 控制输出：00.340140 400.31 v ?+?==+ (1)0.1ZE μ= 10.1 U ZE = (1)0.4PS μ= 20.4 U PS = 120.1 0.4 U U U ZE PS =+=+ 控制输出：00.4350.4500.1350.125 400.40.40.10.1 v ?+?+?+?==+++ (1)0.4N S μ-= 10.4 U N S = 20.1U ZE = 120.1 0.4 U U U ZE N S =+=+ 00.4100.4250.1250.135 200.40.40.10.1 v ?+?+?+?= =+++ (2)0.3NB μ-= 10.3 U N B = (2)1N S μ-= 21U N S = 120.3 1 U U U N B N S =+=+ 控制输出：00.320120 200.31 v ?+?==+ (3)1N S μ-= 11 U N B =(3)0.4NS μ-= 20.4 U N S = 120.4 1 U U U N B N S =+=+ ：00.4250.410110 13.33330.40.41 v ?+?+?==++ 因此模糊逻辑控制表